JP4668306B2 - Secondary battery life estimation device and secondary battery life estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池を用いた機器の二次電池の寿命推定装置およびその寿命推定方法に関する。 The present invention relates to a life estimation apparatus for a secondary battery of a device using a secondary battery and a life estimation method thereof.
近年、二次電池は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして利用されることがある。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような蓄電装置を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を蓄電装置に蓄積し、負荷装置が必要な時に蓄電装置から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。 In recent years, secondary batteries are sometimes combined with solar batteries and power generators and used as power supply systems. The power generation device is driven by natural energy such as wind power or hydraulic power or artificial power such as an internal combustion engine. A power supply system that combines such power storage devices is designed to improve energy efficiency by storing surplus power in the power storage device and supplying power from the power storage device when a load device is required.
このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて、大きい場合には、余剰電力で蓄電装置に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために蓄電装置から出力して、負荷装置を駆動する。 An example of such a system is a solar power generation system. When the amount of power generated by sunlight is larger than the power consumption of the load device, the solar power generation system charges the power storage device with surplus power. On the contrary, when the power generation amount is smaller than the power consumption of the load device, the load device is driven by outputting from the power storage device in order to compensate for the insufficient power.
このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を蓄電装置に蓄積できるため、従来の電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。 As described above, in the photovoltaic power generation system, surplus power that has not been conventionally used can be stored in the power storage device, so that energy efficiency can be improved as compared with the conventional power supply system.
このように、太陽光発電システムにおいては、余剰電力を効率良く蓄電装置に充電するため、蓄電装置の充電状態(以下、SOC:State Of Charge)が100%とならないようにも制御が行われている。また、必要な時に負荷装置を駆動できるように、SOCが0(ゼロ)とならないようにも制御が行われている。具体的には、通常、蓄電装置においては、SOCが20%〜80%の範囲で推移するように制御が行われている。 As described above, in the photovoltaic power generation system, in order to efficiently charge surplus power to the power storage device, control is performed so that the state of charge of the power storage device (hereinafter referred to as SOC: State Of Charge) does not become 100%. Yes. Control is also performed so that the SOC does not become 0 (zero) so that the load device can be driven when necessary. Specifically, in the power storage device, control is normally performed so that the SOC changes in the range of 20% to 80%.
また、エンジンとモータを用いたハイブリット自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)もこのような原理を利用している。HEVは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰の電力で発電機を駆動し、蓄電装置を充電する。また、HEVは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって蓄電装置を充電する。 Also, a hybrid electric vehicle (HEV) using an engine and a motor uses such a principle. When the output from the engine is large relative to the power required for traveling, the HEV drives the generator with surplus power and charges the power storage device. In addition, the HEV charges the power storage device by using the motor as a generator during braking or deceleration of the vehicle.
さらに、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車も最近注目されている。 In addition, load leveling power sources and plug-in hybrid vehicles that make effective use of nighttime power have recently attracted attention.
負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に蓄電装置に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。 The load leveling power source is a system that stores power in a power storage device at night when the power consumption is low and the power rate is low, and uses the stored power during the day when the power consumption peaks. The purpose is to make the power generation amount constant by smoothing the power consumption, and to contribute to the efficient operation of power facilities and the reduction of capital investment.
また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には蓄電装置から電力を供給するEV(Electric Vehicle)走行を主体とし、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したHEV走行を行うことにより、トータルのCO2の排出量を削減することができる。 In addition, plug-in hybrid vehicles use electric power at night, and EV (Electric Vehicle) that mainly supplies electric power from a power storage device when driving in urban areas where fuel efficiency is poor, and HEV driving that uses an engine and motor during long distance driving. By doing so, the total amount of CO 2 emission can be reduced.
ところで、蓄電素子は使用するにつれて劣化し、容量が減少し、インピーダンスが増大する。容量が基準値以下に、インピーダンスが基準値以上に達したら、その蓄電素子は交換しなければならない。もし基準値を超えて劣化した蓄電素子をそのまま使用していると、例えば、非常用のバックアップ電源ではトラブルを引き起こしかねないので、使用している蓄電素子の容量やインピーダンスを常に把握していることが必要となる。 By the way, the power storage element deteriorates as it is used, the capacity decreases, and the impedance increases. When the capacity reaches a reference value or less and the impedance reaches a reference value or more, the storage element must be replaced. If a storage element that has deteriorated beyond the reference value is used as it is, for example, an emergency backup power supply may cause trouble, so the capacity and impedance of the storage element used must always be known. Is required.
しかし、蓄電素子の容量を正確に測定しようとすれば、通常、長い時間を必要とする。例えば、小型のニッケル水素蓄電池では、セルの端子電圧を1.0Vまで放電させた後、0.1C(mA)で16時間充電する。そして、1時間、充放電を休止した後、0.2C(mA)でセルの端子電圧を1.0Vまで放電させて、そのとき取り出された放電容量を実容量とする。ここで、1C(=1It)は、二次電池の公称容量値を定電流で放電して、1時間で二次電池の残容量がゼロとなる電流値である。 However, a long time is usually required to accurately measure the capacity of the storage element. For example, in a small nickel-metal hydride storage battery, the cell terminal voltage is discharged to 1.0 V, and then charged at 0.1 C (mA) for 16 hours. Then, after charging and discharging are stopped for 1 hour, the terminal voltage of the cell is discharged to 1.0 V at 0.2 C (mA), and the discharge capacity taken out at that time is regarded as the actual capacity. Here, 1C (= 1 It) is a current value at which the nominal capacity value of the secondary battery is discharged with a constant current and the remaining capacity of the secondary battery becomes zero in one hour.
そのため容量の測定には約1日を要することになる。しかも電池は容量の測定中は、本来の目的には使えないのであるから、あまり頻繁に容量を実測することは好ましくない。また、特に大型の電池で放電させるために専用の擬似負荷を設けた場合、大電流対応の負荷が必要となり、コストの上昇をもたらすことになる。 Therefore, it takes about 1 day to measure the capacity. Moreover, since the battery cannot be used for its original purpose during the capacity measurement, it is not preferable to measure the capacity too frequently. In particular, when a dedicated pseudo load is provided for discharging with a large battery, a load corresponding to a large current is required, resulting in an increase in cost.
この問題を解決するため、より短時間に二次電池の容量を推定する方法が考案されてきた。例えば、電池の放電容量を実測することなく、ニッケル水素電池の容量を短時間に精度よく推定する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この提案によれば、ニッケル水素電池を充電した後、充電終了時から一定時間後の電圧変化と容量との相関から、電池の容量を推定することができると述べられている。 In order to solve this problem, a method for estimating the capacity of the secondary battery in a shorter time has been devised. For example, a method for accurately estimating the capacity of a nickel-metal hydride battery in a short time without actually measuring the discharge capacity of the battery has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this proposal, after charging a nickel metal hydride battery, it is stated that the capacity of the battery can be estimated from the correlation between the voltage change and the capacity after a certain time from the end of charging.
また、鉛蓄電池の寿命を推定する目的で、内部インピーダンスを用いた容量推定法が実用化され、推定容量の時間変化を外挿して寿命を予測する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、満充電直後と満充電になってから一定時間経過したときとで二回電池電圧を測定する必要があり、電池電圧の測定処理が増大する。 However, in the invention described in Patent Document 1, it is necessary to measure the battery voltage twice immediately after full charge and when a certain time has elapsed since full charge, and the battery voltage measurement process increases.
特に、電気自動車のように、例えば288V〜600Vといった高電圧が必要となる用途では、例えば1個1.2Vセルを複数、例えば240個〜500個直列接続して二次電池モジュールを構成する。このような二次電池モジュールの出力電圧は、高電圧であるため、耐電圧の低い電圧検出回路では二次電池モジュールの出力電圧全体を1度に測定することが困難である。そのため、複数回に分けて、例えばセル毎の端子電圧を測定することになる。そうすると、例えば直列セル数が500個の場合に二回電池電圧を測定しようとすると、1000回電池電圧の測定を行う必要が生じるため、影響が大きい。 In particular, in an application that requires a high voltage of, for example, 288V to 600V, such as an electric vehicle, a secondary battery module is configured by connecting, for example, a plurality of, for example, 240 to 500, one 1.2V cell. Since the output voltage of such a secondary battery module is a high voltage, it is difficult to measure the entire output voltage of the secondary battery module at a time with a voltage detection circuit with a low withstand voltage. Therefore, for example, the terminal voltage for each cell is measured in a plurality of times. Then, for example, when the number of series cells is 500, if it is attempted to measure the battery voltage twice, it is necessary to measure the battery voltage 1000 times, so that the influence is great.
また、非特許文献1に記載の発明でも、電池の内部抵抗を計算する必要があり、計算処理が煩雑であるという課題を有していた。 The invention described in Non-Patent Document 1 also has a problem that it is necessary to calculate the internal resistance of the battery, and the calculation process is complicated.
そこで、本発明の目的は、簡易に二次電池の寿命を推定することができる二次電池の寿命推定装置および寿命推定方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery life estimation apparatus and a life estimation method that can easily estimate the life of a secondary battery.
本発明に係る二次電池の寿命推定装置は、測定対象の二次電池の端子電圧を測定する電圧測定部と、劣化していない二次電池が満充電になった後放電する前における、当該劣化していない二次電池の端子電圧V0を予め記憶する第1メモリと、前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前における当該測定対象の二次電池の端子電圧Vと前記端子電圧V0との電圧差dVと、当該測定対象の二次電池における残寿命とを対応付けたルックアップテーブルである寿命推定データマップを予め記憶する第2メモリと、前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前において前記電圧測定部によって測定された端子電圧Vと前記第1メモリに記憶されている端子電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVを用いて前記第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから前記測定対象の二次電池の残寿命を充放電サイクル数として推定するCPUとを備える。 The secondary battery life estimation apparatus according to the present invention includes a voltage measuring unit that measures a terminal voltage of a secondary battery to be measured, and a secondary battery that is not deteriorated before being fully charged and before discharging. A first memory for preliminarily storing a terminal voltage V0 of a secondary battery that has not deteriorated, and a terminal voltage V of the secondary battery to be measured before the secondary battery to be measured is fully charged and discharged. A second memory that stores in advance a life estimation data map that is a look-up table in which the voltage difference dV from the terminal voltage V0 is associated with the remaining life of the secondary battery to be measured; and the secondary of the measurement target A voltage difference dV between the terminal voltage V measured by the voltage measuring unit and the terminal voltage V0 stored in the first memory before discharging after the battery is fully charged is calculated, and the voltage difference dV is calculated. Using the first And a CPU for estimating a remaining lifetime of the secondary battery of the measurement target from life estimation data map stored in the memory as the number of charge and discharge cycles.
また、本発明に係る二次電池の寿命推定方法は、電圧測定部が、測定対象の二次電池の端子電圧を測定するステップと、第1メモリが、劣化していない二次電池が満充電になった後放電する前における、当該劣化していない二次電池の端子電圧V0を予め記憶するステップと、第2メモリが、前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前における当該測定対象の二次電池の端子電圧Vと前記端子電圧V0との電圧差dVと、当該測定対象の二次電池における残寿命とを対応付けたルックアップテーブルである寿命推定データマップを予め記憶するステップと、CPUが、前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前において前記電圧測定部によって測定された端子電圧Vと前記第1メモリに記憶されている端子電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVを用いて前記第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから前記測定対象の二次電池の残寿命を充放電サイクル数として推定するステップとを含む。 In the secondary battery life estimation method according to the present invention, the voltage measuring unit measures the terminal voltage of the secondary battery to be measured, and the first memory is fully charged when the secondary battery that has not deteriorated is fully charged. A step of storing in advance the terminal voltage V0 of the non-degraded secondary battery before discharging, and the second memory before discharging after the secondary battery to be measured is fully charged A life estimation data map, which is a lookup table in which the voltage difference dV between the terminal voltage V of the secondary battery to be measured and the terminal voltage V0 and the remaining life of the secondary battery to be measured in FIG. A step of storing, and a terminal voltage V0 measured by the voltage measuring unit before the secondary battery to be measured is fully discharged after being discharged, and a terminal voltage V0 stored in the first memory. Of calculating the voltage difference dV, and estimating the remaining life of the secondary battery of the measurement target from life estimation data map stored in said second memory by using the voltage difference dV as the number of charge and discharge cycles Including.
この構成によれば、CPUが、測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前において電圧測定部によって測定された端子電圧Vと第1メモリに記憶されている端子電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVを用いて第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから測定対象の二次電池の残寿命を充放電サイクル数として推定することができるので、背景技術のように二回電池電圧を測定する技術と比べて簡易に二次電池の寿命を推定することができる。 According to this configuration, the CPU calculates the relationship between the terminal voltage V measured by the voltage measuring unit and the terminal voltage V0 stored in the first memory before the secondary battery to be measured is fully charged and discharged. Since the voltage difference dV can be calculated and the remaining life of the secondary battery to be measured can be estimated as the number of charge / discharge cycles from the life estimation data map stored in the second memory using the voltage difference dV. The lifetime of the secondary battery can be easily estimated as compared to the technique of measuring the battery voltage twice as in the technique.
また、前記CPUは、前記測定対象の二次電池が満充電になった後、当該二次電池の端子電圧が安定する時間として予め設定された時間が経過したときであって、かつ放電する前に前記電圧測定部によって前記端子電圧Vを測定させることが好ましい。 In addition, the CPU is a time when a time set in advance as a time during which the terminal voltage of the secondary battery is stabilized after the secondary battery to be measured is fully charged and before discharging. It is preferable that the terminal voltage V is measured by the voltage measuring unit.
この構成によれば、測定対象の二次電池が満充電になった後、端子電圧が安定してから電圧測定部によって前記端子電圧Vが測定されるので、端子電圧Vの測定精度が向上する結果、寿命の推定精度を向上することができる。 According to this configuration, after the secondary battery to be measured is fully charged, the terminal voltage V is measured by the voltage measuring unit after the terminal voltage is stabilized, so that the measurement accuracy of the terminal voltage V is improved. As a result, the life estimation accuracy can be improved.
また、前記測定対象の二次電池の温度を測定する温度測定部をさらに備え、前記寿命推定データマップは、前記電圧差dVと前記測定対象の二次電池の温度とを、当該測定対象の二次電池における残寿命と対応付けるルックアップテーブルであり、前記CPUは、前記第2メモリに記憶された推定データマップにおいて、前記算出された電圧差dV、及び前記温度測定部によって測定された温度と対応付けられた前記残寿命を取得することにより、当該測定対象の二次電池の残寿命を推定することが好ましい。 In addition, a temperature measurement unit that measures the temperature of the secondary battery to be measured is further provided, and the lifetime estimation data map includes the voltage difference dV and the temperature of the secondary battery to be measured as the second measurement target. A lookup table for associating with a remaining life in a secondary battery, wherein the CPU corresponds to the calculated voltage difference dV and the temperature measured by the temperature measurement unit in the estimated data map stored in the second memory. It is preferable to estimate the remaining life of the secondary battery to be measured by acquiring the attached remaining life.
この構成によれば、電圧差dVと二次電池の温度とに基づいて測定対象の二次電池の残寿命が推定されるので、電圧差dVのみに基づいて二次電池の残寿命を推定する場合よりも、温度が端子電圧に与える影響が低減される結果、寿命の推定精度を向上することが可能となる。 According to this configuration, since the remaining life of the secondary battery to be measured is estimated based on the voltage difference dV and the temperature of the secondary battery, the remaining life of the secondary battery is estimated based only on the voltage difference dV. As a result, the influence of temperature on the terminal voltage is reduced, and as a result, the life estimation accuracy can be improved.
また、前記寿命推定データマップは、前記電圧差dVが大きいほど短い残寿命を示すルックアップテーブルであることが好ましい。 The life estimation data map is preferably a look-up table showing a shorter remaining life as the voltage difference dV is larger.
二次電池は、劣化が進むほど電圧差dVが大きくなるので、電圧差dVが大きいほど短い残寿命を示すルックアップテーブルは、寿命推定データマップとして好適である。 Since the secondary battery has a voltage difference dV that increases as the deterioration progresses, a lookup table that shows a shorter remaining life as the voltage difference dV is larger is suitable as a life estimation data map.
また、前記寿命推定データマップは、前記電圧差dVが大きいほど短く、かつ前記測定対象の二次電池の温度と所定の基準温度との差が大きくなるほど長い残寿命を示すルックアップテーブルであることが好ましい。 The life estimation data map is a look-up table showing a shorter remaining life as the voltage difference dV is larger and shorter as a difference between the temperature of the secondary battery to be measured and a predetermined reference temperature is larger. Is preferred.
このような寿命推定データマップは、温度が低下すると内部抵抗が増大して電圧差dVが見かけ上増大する特性と、温度が上昇すると電池の自己放電が増大して電圧差dVが見かけ上増大する特性とを有する二次電池の寿命を推定する場合に、電池の温度に対する内部抵抗及び自己放電の変化が電圧差dVに与える影響を低減することができる結果、残寿命の算出精度を向上することができる。 Such a life estimation data map has a characteristic that the internal resistance increases and the voltage difference dV increases apparently when the temperature decreases, and the self-discharge of the battery increases and the voltage difference dV increases apparently when the temperature increases. When the lifetime of a secondary battery having characteristics is estimated, the influence of changes in internal resistance and self-discharge with respect to the battery temperature on the voltage difference dV can be reduced. As a result, the calculation accuracy of the remaining life is improved. Can do.
また、前記二次電池は、ニッケル水素二次電池であることが好ましい。 The secondary battery is preferably a nickel hydride secondary battery.
ニッケル水素二次電池は、温度が低下すると内部抵抗が増大して電圧差dVが見かけ上増大する特性と、温度が上昇すると電池の自己放電が増大して電圧差dVが見かけ上増大する特性とを有しているので、上述の寿命推定データマップが適している。 The nickel-metal hydride secondary battery has a characteristic that the internal resistance increases and the voltage difference dV increases apparently when the temperature decreases, and the self-discharge of the battery increases and the voltage difference dV increases apparently when the temperature increases. Therefore, the above life estimation data map is suitable.
また、前記二次電池は、複数の素電池から構成される電池ブロックであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said secondary battery is a battery block comprised from a some unit cell.
この構成によれば、複数の素電池から構成される電池ブロックが、前記二次電池として用いられる。 According to this configuration, a battery block including a plurality of unit cells is used as the secondary battery.
また、前記二次電池が複数組み合わされて二次電池モジュールが構成され、前記電圧測定部は、前記複数の二次電池の端子電圧をそれぞれ測定し、前記CPUは、前記複数の二次電池の残寿命をそれぞれ推定し、当該推定された各残寿命のうち最短のものを前記二次電池モジュールの寿命として推定することが好ましい。 Further, a plurality of the secondary batteries are combined to form a secondary battery module, the voltage measuring unit measures the terminal voltages of the plurality of secondary batteries, and the CPU is configured to output the plurality of secondary batteries. Preferably, the remaining lifetime is estimated, and the shortest of the estimated remaining lifetimes is estimated as the lifetime of the secondary battery module.
この構成によれば、複数の素電池から構成される電池ブロックである二次電池が、さらに複数組み合わされて二次電池モジュールが構成される。そして、このような二次電池モジュールの寿命を推定する際に、端子電圧の測定は、電池ブロック毎に行われるので、素電池毎に端子電圧を測定する場合と比べて端子電圧の測定回数を減少させることができる。 According to this configuration, a plurality of secondary batteries, which are battery blocks composed of a plurality of unit cells, are further combined to form a secondary battery module. And when estimating the lifetime of such a secondary battery module, since the measurement of the terminal voltage is performed for each battery block, the number of times of measurement of the terminal voltage is compared with the case where the terminal voltage is measured for each unit cell. Can be reduced.
また、予め設定された第1の電流値の充電電流を当該二次電池に供給して充電し、前記電圧測定部により測定される前記二次電池の端子電圧が満充電電圧になると当該二次電池の充電電流を前記第1の電流値より小さい第2の電流値に減少させて充電し、前記電圧測定部により測定される前記二次電池の端子電圧が再び満充電電圧になると、さらに当該二次電池の充電電流を前記第2の電流値より小さい第3の電流値に減少させて予め設定された充電設定時間充電することにより、当該二次電池を満充電にする充放電制御装置をさらに備えることが好ましい。 The secondary battery is charged by supplying a charging current having a preset first current value to the secondary battery, and when the terminal voltage of the secondary battery measured by the voltage measuring unit reaches a fully charged voltage. When the charging current of the battery is reduced to a second current value smaller than the first current value and charged, and the terminal voltage of the secondary battery measured by the voltage measuring unit becomes a full charge voltage again, A charging / discharging control device for fully charging the secondary battery by reducing the charging current of the secondary battery to a third current value smaller than the second current value and charging for a preset charging setting time. It is preferable to further provide.
この構成によれば、充電電流を徐々に減少させながら、最後に最も微少の電流値での充電を予め設定された充電設定時間だけ継続することで、二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下の影響を低減して精度よく二次電池を満充電にすることが可能となる。 According to this configuration, the voltage drop caused by the internal resistance of the secondary battery can be reduced by continuing the charging with the smallest current value for the preset charging time while gradually decreasing the charging current. It is possible to reduce the influence and accurately charge the secondary battery fully.
このような構成の二次電池の寿命推定装置および二次電池の寿命推定方法は、CPUが、測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前において電圧測定部によって測定された端子電圧Vと第1メモリに記憶されている端子電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVを用いて第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから測定対象の二次電池の残寿命を推定することができるので、背景技術のように二回電池電圧を測定する技術と比べて簡易に二次電池の寿命を推定することができる。 The secondary battery life estimation device and the secondary battery life estimation method having the above-described configuration are the terminals measured by the voltage measurement unit before the CPU discharges after the secondary battery to be measured is fully charged. The voltage difference dV between the voltage V and the terminal voltage V 0 stored in the first memory is calculated, and the secondary battery to be measured is calculated from the life estimation data map stored in the second memory using the voltage difference dV. Therefore, the lifetime of the secondary battery can be easily estimated as compared with the technique of measuring the battery voltage twice as in the background art.
本発明者らは、寿命推定装置を、測定対象の二次電池または二次電池モジュールの電圧を測定する電圧測定部と、測定対象の二次電池または二次電池モジュールの温度を測定する温度測定部と、メモリを備えたCPUとからなり、前記メモリには前記二次電池または二次電池モジュールの未劣化品の放電開始前の電圧V0と寿命推定データマップとが記憶されており、前記CPUは前記電圧測定部で測定した放電開始前の電圧Vと未劣化品の電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVと前記温度測定部からの温度情報を用いて前記寿命推定データマップにより残寿命の推定を行う構成とすると、満充電後の電圧を1点だけ測定することにより簡易に二次電池の寿命を推定することができることを見出したものである。以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The inventors of the present invention have a life estimation device, a voltage measuring unit that measures the voltage of a secondary battery or a secondary battery module to be measured, and a temperature measurement that measures the temperature of the secondary battery or the secondary battery module to be measured. And a CPU provided with a memory, in which the voltage V0 before starting discharge of the secondary battery or the secondary battery module of the secondary battery module and a life estimation data map are stored, and the CPU Calculates a voltage difference dV between the voltage V before the start of discharge measured by the voltage measuring unit and the voltage V0 of the undegraded product, and uses the voltage difference dV and temperature information from the temperature measuring unit to calculate the life estimation data. It has been found that when the remaining life is estimated using a map, the lifetime of the secondary battery can be easily estimated by measuring only one voltage after full charge. The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態1における二次電池の寿命推定装置を含む電源システムのブロック図である。図1において、電源システム100は、制御部8と二次電池モジュール10、統合制御ECU7、発電装置20、充放電制御装置40、負荷装置30から構成される。二次電池モジュール10は、充放電制御装置40を介して負荷装置30に電力を供給する。 1 is a block diagram of a power supply system including a secondary battery life estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the power supply system 100 includes a control unit 8, a secondary battery module 10, an integrated control ECU 7, a power generation device 20, a charge / discharge control device 40, and a load device 30. The secondary battery module 10 supplies power to the load device 30 via the charge / discharge control device 40.
発電装置20が出力した電力のうち負荷装置30に対して余剰となる分が、充放電制御装置40を介して二次電池モジュール10に入力され、これによって二次電池モジュール10の充電が行われる。また、負荷装置30の消費電流が急激に増大したり、または、発電装置20の発電量が低下し、負荷装置30が要求する電力が発電装置20の出力を超えたりすると、二次電池モジュール10から不足の電力が充放電制御装置40を介して負荷装置30に供給される。 Of the electric power output from the power generation device 20, a surplus with respect to the load device 30 is input to the secondary battery module 10 via the charge / discharge control device 40, whereby the secondary battery module 10 is charged. . In addition, when the current consumption of the load device 30 suddenly increases or the power generation amount of the power generation device 20 decreases and the power required by the load device 30 exceeds the output of the power generation device 20, the secondary battery module 10 Is supplied to the load device 30 through the charge / discharge control device 40.
発電装置20としては、具体的には、太陽光発電装置(太陽電池)などの自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電機などが挙げられる。 Specific examples of the power generation device 20 include a power generation device using natural energy such as a solar power generation device (solar cell), a generator using an engine as a power source, and the like.
この電源システム100の通常の使われ方は、二次電池モジュール10のSOCが20〜80%程度の範囲になるように制御が行われている。 The normal usage of the power supply system 100 is controlled such that the SOC of the secondary battery module 10 is in the range of about 20 to 80%.
また夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車などでは、二次電池モジュール10がSOC 100%の状態まで充電され、負荷装置30でエネルギーが必要な時に放電されるようになっている。 In addition, in load leveling power sources and plug-in hybrid vehicles that effectively use nighttime power, the secondary battery module 10 is charged to a state where the SOC is 100%, and the load device 30 is discharged when energy is required. ing.
電源システム1は、制御部8と二次電池モジュール10とを備える。二次電池モジュール10は、直列に接続された少なくとも一個または複数個の二次電池ブロックB1、B2、・・・、BNから構成される。二次電池ブロックB1〜BNは、図略のボックスに収納されている。二次電池ブロックB1、B2、・・・、BNはそれぞれ直列に接続された少なくとも一個または複数個の二次電池11から構成される。すなわち、二次電池モジュール10は一個または複数個接続された二次電池11から構成される。 The power supply system 1 includes a control unit 8 and a secondary battery module 10. The secondary battery module 10 includes at least one or a plurality of secondary battery blocks B1, B2, ..., BN connected in series. The secondary battery blocks B1 to BN are housed in a box (not shown). Each of the secondary battery blocks B1, B2,..., BN includes at least one or a plurality of secondary batteries 11 connected in series. That is, the secondary battery module 10 includes one or more secondary batteries 11 connected.
二次電池11としては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池やリチウムイオン電池、鉛蓄電池などを用いることができる。この場合、二次電池11、二次電池ブロックB1、B2、・・・、BN、及び二次電池モジュール10が、それぞれ請求項における二次電池の一例に相当している。 As the secondary battery 11, an alkaline storage battery such as a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, a lead storage battery, or the like can be used. In this case, the secondary battery 11, the secondary battery blocks B1, B2,... BN, and the secondary battery module 10 each correspond to an example of a secondary battery in the claims.
二次電池モジュール10には、二次電池モジュール10の温度を検出する温度センサ12が取り付けられている。なお、以下の説明において、電池ブロックB1,B2,・・・,BNを総称する場合には添え字を省略して電池ブロックBと記載し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 A temperature sensor 12 that detects the temperature of the secondary battery module 10 is attached to the secondary battery module 10. In the following description, when the battery blocks B1, B2,..., BN are collectively referred to, the subscript is omitted and described as the battery block B, and when referring to an individual configuration, the subscript is added. Indicated by reference numerals.
制御部8は、電圧測定部2、温度測定部3、CPU(Central Processing Unit)4、メモリ41(第1及び第2メモリ)、タイマ回路42、及び通信部6を備える。 The control unit 8 includes a voltage measurement unit 2, a temperature measurement unit 3, a CPU (Central Processing Unit) 4, a memory 41 (first and second memories), a timer circuit 42, and a communication unit 6.
電圧測定部2は、複数の二次電池ブロックB1、B2、・・・、BNのそれぞれの端子電圧V1,V2,・・・,VNを測定する。温度測定部3は、温度センサ12を用いて二次電池モジュール10の温度を測定する。CPU4は電圧測定部2から出力される端子電圧V1,V2,・・・,VNの電圧値と、温度測定部3から出力される二次電池モジュール10の温度値とに基づいてデータの記憶、演算を行うことで、二次電池モジュール10の残寿命を推定する。 The voltage measuring unit 2 measures terminal voltages V1, V2,..., VN of the plurality of secondary battery blocks B1, B2,. The temperature measurement unit 3 measures the temperature of the secondary battery module 10 using the temperature sensor 12. The CPU 4 stores data based on the voltage values of the terminal voltages V1, V2,..., VN output from the voltage measuring unit 2 and the temperature value of the secondary battery module 10 output from the temperature measuring unit 3. By performing the calculation, the remaining life of the secondary battery module 10 is estimated.
メモリ41は、例えばROM(Read Only Memory)やEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)等の不揮発性の記憶素子を用いて構成されている。メモリ41には、劣化していない未劣化二次電池(二次電池ブロックB1、B2、・・・、BN)が満充電になった後放電する前における、当該劣化していない二次電池の端子電圧が、放電開始前電圧V0として予め記憶されている。 The memory 41 is configured by using a non-volatile storage element such as a ROM (Read Only Memory) or an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory). In the memory 41, an undegraded secondary battery (secondary battery blocks B1, B2,..., BN) of the secondary battery that has not deteriorated before being discharged after being fully charged. terminal voltage is prestored as a discharge start voltage before V 0.
メモリ41には、寿命推定を行う際に必要となるルックアップテーブルである寿命推定データマップが記憶されている。通信部6は、統合制御ECU(上位システム)7に、電圧、温度などの測定値や電流センサなどの故障情報を送信し、統合制御ECU(上位システム)7では、送信データに基づいてシステム全体の制御を行う。本発明に係る寿命推定装置は、電圧測定部2、温度測定部3、メモリ41、及びCPU4からなり、さらに充放電制御装置40を備えて構成されていてもよい。 The memory 41 stores a life estimation data map that is a look-up table required when performing life estimation. The communication unit 6 transmits measurement values such as voltage and temperature and failure information such as a current sensor to an integrated control ECU (higher system) 7. The integrated control ECU (higher system) 7 transmits the entire system based on the transmission data. Control. The lifetime estimation apparatus according to the present invention may include a voltage measurement unit 2, a temperature measurement unit 3, a memory 41, and a CPU 4, and may further include a charge / discharge control device 40.
統合制御ECU(上位システム)7と通信部6との通信手段は、CAN(登録商標)(Controller Area Network)およびEthernet(登録商標)であってもよく、無線などであってもよい。 The communication means between the integrated control ECU (upper system) 7 and the communication unit 6 may be CAN (registered trademark) (Ethernet) or Ethernet (registered trademark), or may be wireless.
以下、寿命推定装置の各部について説明する。電圧測定部2は、例えば、端子電圧V1,V2,・・・,VNのうちいずれか一つを選択する図略の切換回路や、切換回路で選択された電圧をデジタル値に変換してCPU4へ出力するアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されている。電圧測定部2は、端子電圧V1〜VNの電圧値を示す電圧データを生成し、これをCPU4に出力している。電圧測定部2によるCPU4への電圧データの出力は、予め設定された周期で行われている。 Hereinafter, each part of the life estimation apparatus will be described. The voltage measuring unit 2 is, for example, an unillustrated switching circuit that selects any one of the terminal voltages V1, V2,..., VN, or a voltage selected by the switching circuit into a digital value by converting the voltage to the CPU 4. It is configured using an analog-digital converter that outputs to The voltage measuring unit 2 generates voltage data indicating the voltage values of the terminal voltages V1 to VN, and outputs this to the CPU 4. Output of voltage data to the CPU 4 by the voltage measuring unit 2 is performed at a preset cycle.
温度測定部3は、例えば温度センサ12の出力電圧をデジタル値に変換してCPU4へ出力するアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されている。温度センサ12及び温度測定部3は、複数の二次電池11の温度や二次電池ブロックB1,B2,・・・,BNの温度をそれぞれ測定する構成であってもよく、二次電池モジュール10全体の温度を測定する構成であってもよい。温度測定部3は、温度データをデジタル信号化し、予め設定された周期でCPU4へ出力する。 The temperature measuring unit 3 is configured using, for example, an analog / digital converter that converts the output voltage of the temperature sensor 12 into a digital value and outputs the digital value to the CPU 4. The temperature sensor 12 and the temperature measuring unit 3 may be configured to measure the temperatures of the plurality of secondary batteries 11 and the temperature of the secondary battery blocks B1, B2,. The structure which measures the whole temperature may be sufficient. The temperature measurement unit 3 converts the temperature data into a digital signal and outputs it to the CPU 4 at a preset cycle.
次に寿命推定の方法について説明する。まず、電圧測定部2では、二次電池モジュール10が満充電になってから所定時間経過後の各二次電池ブロックB1,B2,・・・,BNの端子電圧V1,V2,・・・,VNを測定し、その端子電圧を示す電圧データをCPU4に送信する。CPU4は、前記所定時間経過後の端子電圧V1,V2,・・・,VNと新品電池(劣化していない二次電池ブロック)における満充電になってから所定時間経過後の端子電圧である放電開始前電圧V0との差である電圧差dVを演算する。 Next, the life estimation method will be described. First, in the voltage measuring unit 2, the terminal voltages V1, V2,..., BN of the secondary battery blocks B1, B2,. VN is measured, and voltage data indicating the terminal voltage is transmitted to the CPU 4. The CPU 4 discharges the terminal voltages V1, V2,..., VN after the lapse of the predetermined time and the terminal voltage after the lapse of the predetermined time since the new battery (the non-degraded secondary battery block) is fully charged. A voltage difference dV that is a difference from the pre-start voltage V 0 is calculated.
そして、温度測定部3では、各二次電池の温度、例えば二次電池ブロックB1,B2,・・・,BNの温度Tを測定し、その温度データをCPU4に送信する。CPU4では、図2に示すdVと温度の関係からなる寿命推定データマップを参照し、二次電池の寿命、例えば二次電池モジュール10の寿命を出力する。 And the temperature measurement part 3 measures the temperature of each secondary battery, for example, temperature T of secondary battery block B1, B2, ..., BN, and transmits the temperature data to CPU4. The CPU 4 outputs the lifetime of the secondary battery, for example, the lifetime of the secondary battery module 10 with reference to the lifetime estimation data map including the relationship between dV and temperature shown in FIG.
図2は、メモリ41に記憶されている寿命推定データマップの一例を示す説明図である。図2に示す寿命推定データマップは、縦軸が電圧差dV(mV)、横軸が電池温度T(℃)を示しており、電圧差dVと温度Tとを、残寿命係数Kと対応付けている。残寿命係数Kは、値が小さいほど残寿命が短いことを示している。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the life estimation data map stored in the memory 41. In the life estimation data map shown in FIG. 2, the vertical axis indicates the voltage difference dV (mV) and the horizontal axis indicates the battery temperature T (° C.), and the voltage difference dV and the temperature T are associated with the remaining life coefficient K. ing. The remaining life coefficient K indicates that the smaller the value, the shorter the remaining life.
そして、二次電池ブロックB1,B2,・・・,BNの残寿命は、下記の式(1)に基づき算出される。 And the remaining lifetime of secondary battery block B1, B2, ..., BN is calculated based on following formula (1).
残寿命(年)=K×新品寿命(年) ・・・(1)
ここで、新品寿命とは、新品の劣化していない二次電池ブロックを、予め設定された温度環境において、予め設定された充放電条件で使用した場合に、容量やインピーダンスが予め設定された基準を満たさなくなる期間である。なお、残寿命を期間で示す例を示したが、例えば充放電サイクル数等、別の指標によって残寿命を表すようにしてもよい。
Remaining life (years) = K x New product life (years) (1)
Here, the new product life is a standard in which capacity and impedance are set in advance when a new, undegraded secondary battery block is used in a preset temperature environment under preset charge / discharge conditions. This is the period during which In addition, although the example which shows a remaining life by a period was shown, you may make it represent a remaining life by another parameter | index, such as the number of charging / discharging cycles, for example.
図2は、ニッケル水素二次電池の場合の例を示しており、残寿命係数Kは、A>B>C>D>E>Fの関係を有する記号で示されている。図2に示すように、寿命推定データマップは、20℃を基準温度とした場合に、電圧差dVが大きいほど残寿命係数Kが小さく(残寿命が短く)、かつ電池温度Tと基準温度20℃との差が大きくなるほど残寿命係数Kが大きい(残寿命が長い)ルックアップテーブルである。 FIG. 2 shows an example of a nickel-metal hydride secondary battery, and the remaining life coefficient K is indicated by a symbol having a relationship of A> B> C> D> E> F. As shown in FIG. 2, in the life estimation data map, when the reference temperature is 20 ° C., the larger the voltage difference dV, the smaller the remaining life coefficient K (the remaining life is shorter), and the battery temperature T and the reference temperature 20 The look-up table has a larger remaining life coefficient K (long remaining life) as the difference from 0 ° C. increases.
ここで、ニッケル水素二次電池の電圧差dVは、電池温度Tが低下すると内部抵抗が増大して電圧差dVが見かけ上増大する特性と、電池温度Tが上昇すると電池の自己放電が増大して電圧差dVが見かけ上増大する特性とを有している。そのため、電池温度Tに対する内部抵抗の影響と、電池温度Tに対する自己放電の影響とがバランスして電圧差dVが最小になる電池温度Tが存在し、このような電池温度Tが上記基準温度Tとして予め設定されている。 Here, the voltage difference dV of the nickel metal hydride secondary battery has a characteristic that the internal resistance increases as the battery temperature T decreases and the voltage difference dV increases apparently, and the battery self-discharge increases as the battery temperature T increases. The voltage difference dV is apparently increased. Therefore, there exists a battery temperature T at which the influence of the internal resistance on the battery temperature T and the influence of self-discharge on the battery temperature T are balanced to minimize the voltage difference dV, and such battery temperature T is the reference temperature T. Is preset.
そして、図2に示す寿命推定データマップは、電圧差dVが大きいほど残寿命係数Kが小さく(残寿命が短く)、かつ電池温度Tと基準温度20℃との差が大きくなるほど残寿命係数Kが大きくなる(残寿命が長い)ように残寿命係数Kを設定することで、電池温度Tに対する内部抵抗及び自己放電の変化が電圧差dVに与える影響を低減することができる結果、残寿命係数Kの算出精度を向上することができる。 In the life estimation data map shown in FIG. 2, the remaining life coefficient K decreases as the voltage difference dV increases (the remaining life decreases), and the remaining life coefficient K increases as the difference between the battery temperature T and the reference temperature 20 ° C. increases. By setting the remaining life coefficient K such that the remaining life is longer (long remaining life), the influence of changes in internal resistance and self-discharge on the battery temperature T on the voltage difference dV can be reduced. The calculation accuracy of K can be improved.
次に、本発明の実施の形態における二次電池11の寿命推定方法について、主に二次電池を満充電する際の動作について説明する。 Next, the operation of the secondary battery 11 according to the embodiment of the present invention will be described mainly for the operation when the secondary battery is fully charged.
ステップ1:まず、二次電池を満充電になるまで充電する。具体的には、CPU4は、充放電制御装置40によって、予め設定された第1の電流値の充電電流を二次電池モジュール10に供給させて各二次電池11を充電させる。そして、電圧測定部2によって測定された端子電圧V1,V2,・・・,VNのうち、少なくとも1つが二次電池ブロックBの満充電電圧になると、CPU4は、充放電制御装置40によって、二次電池モジュール10の充電電流を第1の電流値より小さい第2の電流値に減少させて充電させる。 Step 1: First, the secondary battery is charged until it is fully charged. Specifically, the CPU 4 causes the charging / discharging control device 40 to supply a charging current having a preset first current value to the secondary battery module 10 to charge each secondary battery 11. When at least one of the terminal voltages V1, V2,..., VN measured by the voltage measuring unit 2 reaches the full charge voltage of the secondary battery block B, the CPU 4 uses the charge / discharge control device 40 to The secondary battery module 10 is charged by reducing the charging current of the secondary battery module 10 to a second current value smaller than the first current value.
二次電池に充電電流が流れると、二次電池の端子電圧は、二次電池のOCV(Open circuit voltage)に内部抵抗で生じた電圧降下が加算された値になる。従って、充電電流が第1の電流値のときに端子電圧が満充電電圧になっても、まだOCVは満充電電圧になっておらず、二次電池ブロックBも満充電になっていない。そこで、充電電流を第2の電流値に減少させると、内部抵抗で生じる電圧降下が減少して二次電池ブロックBの端子電圧が満充電電圧を下回る。 When the charging current flows through the secondary battery, the terminal voltage of the secondary battery becomes a value obtained by adding the voltage drop caused by the internal resistance to the OCV (Open circuit voltage) of the secondary battery. Therefore, even if the terminal voltage becomes the full charge voltage when the charge current is the first current value, the OCV is not yet the full charge voltage, and the secondary battery block B is not fully charged. Therefore, when the charging current is reduced to the second current value, the voltage drop caused by the internal resistance is reduced, and the terminal voltage of the secondary battery block B is lower than the full charge voltage.
次に、電圧測定部2によって測定された端子電圧V1,V2,・・・,VNのうち、少なくとも1つが再び二次電池ブロックBの満充電電圧になると、CPU4は、充放電制御装置40によって、二次電池モジュール10の充電電流を第2の電流値より小さい第3の電流値に減少させてトリクル充電させる。そして、CPU4は、タイマ回路42によってトリクル充電の継続時間を計時させ、トリクル充電が予め設定された充電設定時間だけ継続すると、充放電制御装置40によって、充電電流をゼロにさせて充電を終了させる。 Next, when at least one of the terminal voltages V1, V2,..., VN measured by the voltage measuring unit 2 reaches the full charge voltage of the secondary battery block B again, the CPU 4 causes the charge / discharge control device 40 to Then, the charging current of the secondary battery module 10 is reduced to a third current value smaller than the second current value, and trickle charging is performed. Then, the CPU 4 causes the timer circuit 42 to measure the duration of trickle charging, and when the trickle charging is continued for a preset charging time, the charging / discharging control device 40 causes the charging current to become zero and terminates the charging. .
このように、充電電流を徐々に減少させながら、最後に微少電流値のトリクル充電を予め設定された充電設定時間だけ継続することで、二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下の影響を低減して精度よく二次電池モジュール10を満充電にすることが可能となる。 In this way, the effect of the voltage drop caused by the internal resistance of the secondary battery is reduced by continuing trickle charging of a minute current value for a preset charging setting time while gradually decreasing the charging current. Thus, the secondary battery module 10 can be fully charged with high accuracy.
ステップ2:電圧測定部2は、トリクル充電が充電してから所定時間経過後の二次電池の端子電圧V1,V2,・・・,VNを測定し、その電圧データをCPU4に送信する。 Step 2: The voltage measuring unit 2 measures the terminal voltages V1, V2,..., VN of the secondary batteries after a predetermined time has elapsed after trickle charge is charged, and transmits the voltage data to the CPU 4.
ステップ3:温度測定部3は、二次電池の温度Tを測定し、その温度データをCPU4に送信する。 Step 3: The temperature measurement unit 3 measures the temperature T of the secondary battery and transmits the temperature data to the CPU 4.
ステップ4:CPU4では、電圧差dVと温度Tとの関係からなる寿命推定データマップを参照し、二次電池の寿命を出力する。 Step 4: The CPU 4 refers to a life estimation data map consisting of the relationship between the voltage difference dV and the temperature T, and outputs the life of the secondary battery.
本実施の形態における二次電池の寿命推定方法は、図1に示した本実施の形態における制御CPU4を動作させることによって実施される。よって、以下においては、適宜図1を参照しながら、図1に示す制御部8の動作、特に上述のステップ2〜4の動作について、詳述する。 The lifetime estimation method for the secondary battery in the present embodiment is implemented by operating the control CPU 4 in the present embodiment shown in FIG. Therefore, in the following, the operation of the control unit 8 shown in FIG. 1, particularly the operations in the above-described steps 2 to 4 will be described in detail with reference to FIG.
ステップ5:まず、上述のステップ1によって、二次電池の充電を開始する。 Step 5: First, in step 1 described above, charging of the secondary battery is started.
ステップ6:CPU4は、電圧測定部2を用いて、各ブロック電圧の測定を開始する。それと同時にタイマーをスタートさせる。 Step 6: The CPU 4 starts measuring each block voltage using the voltage measuring unit 2. At the same time, a timer is started.
ステップ7:CPU4は、まず二次電池ブロックB1から電圧検査を開始し、二次電池ブロックBNまで、順次端子電圧V1,V2,・・・,VNを取得する。 Step 7: The CPU 4 first starts a voltage test from the secondary battery block B1, and sequentially obtains terminal voltages V1, V2,..., VN up to the secondary battery block BN.
ステップ8:CPU4は、各二次電池の充電信号がONしているか判定する。 Step 8: The CPU 4 determines whether the charging signal of each secondary battery is ON.
ステップ9:CPU4は、充電信号がONの場合、ステップ1に記載したように、満充電かどうか判定する。 Step 9: When the charge signal is ON, the CPU 4 determines whether or not the battery is fully charged as described in Step 1.
ステップ10:CPU4は、ステップ1に記載したように、トリクル充電において満充電に達したら、充電信号をOFFして充放電制御装置40によるトリクル充電を終了させる。 Step 10: As described in Step 1, when the full charge is reached in the trickle charge, the CPU 4 turns off the charge signal and ends the trickle charge by the charge / discharge control device 40.
ステップ11:CPU4は、上述のステップ2において、トリクル充電を終了したとき、すなわち二次電池モジュール10が満充電になったときからの経過時間を、タイマ回路42によって計時させる。そして、電圧測定部2は、タイマ回路42により計時された経過時間が二次電池ブロックBの端子電圧が安定する時間として予め設定された時間ts以上になると、CPU4からの指示に応じて、端子電圧V1,V2,・・・,VNを測定し、その電圧データをCPU4へ送信する。所定時間後であれば電圧測定の時間tsは特に限定しない。 Step 11: The CPU 4 causes the timer circuit 42 to count the elapsed time from the end of trickle charging in Step 2 described above, that is, from when the secondary battery module 10 is fully charged. Then, when the elapsed time measured by the timer circuit 42 is equal to or longer than a time ts set in advance as the time for the terminal voltage of the secondary battery block B to be stabilized, the voltage measuring unit 2 responds to an instruction from the CPU 4 The voltages V1, V2,..., VN are measured, and the voltage data is transmitted to the CPU 4. The voltage measurement time ts is not particularly limited as long as it is after the predetermined time.
ステップ12:CPU4は、未劣化電池の満充電後所定時間後の電圧V0との差dVを算出する。具体的には、CPU4は、ステップ11で得られた端子電圧V1,V2,・・・,VNから、放電開始前電圧V0を減算することで、二次電池ブロックB1,B2,・・・,BNにそれぞれ対応する電圧差dVを算出する。 Step 12: The CPU 4 calculates a difference dV from the voltage V 0 after a predetermined time after full charging of the undegraded battery. Specifically, the CPU 4 subtracts the pre-discharge start voltage V 0 from the terminal voltages V 1, V 2,..., VN obtained in step 11, so that the secondary battery blocks B 1, B 2,. , BN, respectively, is calculated.
ステップ13:温度測定部3は、CPU4からの指示に応じて二次電池モジュール10の温度Tを測定し、その測定データをCPU4に送信する。 Step 13: The temperature measurement unit 3 measures the temperature T of the secondary battery module 10 in response to an instruction from the CPU 4, and transmits the measurement data to the CPU 4.
ステップ14:CPU4は、メモリ41に記憶されている推定データマップにおいて、ステップ12で算出された各二次電池ブロックBの電圧差dV及びステップ13で得られた温度Tと、対応付けられた残寿命係数Kを取得する。そして、CPU4は、このようにして得られた各二次電池ブロックBの残寿命係数Kを、上述の式(1)に代入することにより、各二次電池ブロックBの残寿命を推定する。さらにCPU4は、このようにして推定された各二次電池ブロックBの残寿命のうち最短のものを二次電池モジュール10の寿命として推定する。 Step 14: In the estimated data map stored in the memory 41, the CPU 4 stores the voltage difference dV of each secondary battery block B calculated in Step 12 and the temperature T obtained in Step 13 in association with the remaining data. Obtain the life factor K. Then, the CPU 4 estimates the remaining life of each secondary battery block B by substituting the remaining life coefficient K of each secondary battery block B obtained in this way into the above equation (1). Further, the CPU 4 estimates the shortest remaining life of each secondary battery block B estimated in this way as the life of the secondary battery module 10.
以上、ステップ1〜14によれば、ステップ11において二次電池モジュール10が満充電になってから時間ts経過したときの端子電圧V1,V2,・・・,VNを、1回測定するだけで、二次電池モジュール10の寿命を推定することができるので、背景技術のように二回電池電圧を測定する技術と比べて簡易に二次電池の寿命を推定することができる。 As described above, according to steps 1 to 14, the terminal voltages V1, V2,..., VN when the time ts elapses after the secondary battery module 10 is fully charged in step 11 are measured only once. Since the lifetime of the secondary battery module 10 can be estimated, it is possible to easily estimate the lifetime of the secondary battery as compared with the technique of measuring the battery voltage twice as in the background art.
充電終了後の所定時間tsは、30分以上とすることが望ましい。二次電池の電圧は充電終了後30分程度たつと安定するためである。 The predetermined time ts after the end of charging is desirably 30 minutes or longer. This is because the voltage of the secondary battery is stabilized after about 30 minutes after the end of charging.
なお、本実施の形態においては、制御部8の構成は上記に限定されるものではなく、同等の機能を有するものであれば構わない。また、図2に示すように、温度Tの変化に伴う残寿命係数Kの変化は、電圧差dVと比べて小さい。従って、電圧差dVのみに基づいて残寿命を推定するようにしてもよい。しかしながら、電圧差dVと温度Tとに基づいて残寿命を推定することで、残寿命の推定精度が向上する。 In the present embodiment, the configuration of the control unit 8 is not limited to the above, and any configuration having an equivalent function may be used. Further, as shown in FIG. 2, the change in the remaining life coefficient K accompanying the change in the temperature T is smaller than the voltage difference dV. Therefore, the remaining life may be estimated based only on the voltage difference dV. However, estimating the remaining life based on the voltage difference dV and the temperature T improves the estimation accuracy of the remaining life.
また、本発明において、電池電圧検出のステップと電池温度検出のステップは逆でも良く、また同時であっても構わない。 In the present invention, the step of battery voltage detection and the step of battery temperature detection may be reversed or simultaneous.
例えば、本実施の形態における制御部8は、CPU4に図1に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。この場合、マイクロコンピュータのCPU(central processing unit)が演算部として機能する。また、電圧センサの接続回路とCPU4とが電圧測定部として機能してもよく、CPU4が備える各種メモリが記憶部(メモリ)として機能してもよい。 For example, the control unit 8 in the present embodiment can be realized by installing a program that causes the CPU 4 to implement various processes shown in FIG. 1 and executing the program. In this case, a CPU (central processing unit) of the microcomputer functions as an arithmetic unit. Further, the connection circuit of the voltage sensor and the CPU 4 may function as a voltage measurement unit, and various memories provided in the CPU 4 may function as a storage unit (memory).
更に、充放電制御装置40が、制御部8としても機能する態様が考えられる。この態様においては、本実施の形態における制御部8は、充放電制御装置40を構成するマイクロコンピュータに、図1に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。 Furthermore, a mode in which the charge / discharge control device 40 also functions as the control unit 8 can be considered. In this aspect, the control unit 8 in the present embodiment installs a program that embodies various processes shown in FIG. 1 in the microcomputer that constitutes the charge / discharge control device 40, and executes this program, Can be realized.
また、二次電池の寿命推定は、制御部8が実行する例に限定するものでなく、制御部8から二次電池情報を得て充放電制御装置40、負荷装置30で行ってもよく、その他であっても問題ない。 In addition, the life estimation of the secondary battery is not limited to the example executed by the control unit 8, but may be performed by the charge / discharge control device 40 and the load device 30 by obtaining the secondary battery information from the control unit 8, There is no problem even if it is other.
本発明に係る二次電池の寿命推定装置および寿命推定方法は、電源システムの太陽電池や発電装置と組み合わされた二次電池の残寿命を推定するために有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The lifetime estimation device and lifetime estimation method for a secondary battery according to the present invention are useful for estimating the remaining lifetime of a secondary battery combined with a solar cell or a power generation device of a power supply system.
1,100 電源システム
2 電圧測定部
3 温度測定部
4 CPU
6 通信部
7 統合制御ECU(上位システム)
8 制御部
10 二次電池モジュール
11 二次電池
12 温度センサ
20 発電装置
30 負荷装置
40 充放電制御装置
41 メモリ
42 タイマ回路
B1,B2,・・・,BN 二次電池ブロック
1,100 Power system 2 Voltage measurement unit 3 Temperature measurement unit 4 CPU
6 Communication unit 7 Integrated control ECU (host system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 Control part 10 Secondary battery module 11 Secondary battery 12 Temperature sensor 20 Electric power generation apparatus 30 Load apparatus 40 Charging / discharging control apparatus 41 Memory 42 Timer circuit B1, B2, ..., BN Secondary battery block
Claims (11)
劣化していない二次電池が満充電になった後放電する前における、当該劣化していない二次電池の端子電圧V0を予め記憶する第1メモリと、
前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前における当該測定対象の二次電池の端子電圧Vと前記端子電圧V0との電圧差dVと、当該測定対象の二次電池における残寿命とを対応付けたルックアップテーブルである寿命推定データマップを予め記憶する第2メモリと、
前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前において前記電圧測定部によって測定された端子電圧Vと前記第1メモリに記憶されている端子電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVを用いて前記第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから前記測定対象の二次電池の残寿命を充放電サイクル数として推定するCPUと
を備えることを特徴とする二次電池の寿命推定装置。 A voltage measuring unit for measuring the terminal voltage of the secondary battery to be measured;
A first memory that pre-stores a terminal voltage V0 of the non-degraded secondary battery before discharging after the non-degraded secondary battery is fully charged;
The voltage difference dV between the terminal voltage V0 of the measurement target secondary battery and the terminal voltage V0 before the measurement target secondary battery is fully charged and discharged, and the remaining voltage of the measurement target secondary battery. A second memory for storing in advance a life estimation data map that is a lookup table in which the life is associated;
A voltage difference dV between the terminal voltage V measured by the voltage measuring unit and the terminal voltage V0 stored in the first memory before the secondary battery to be measured is fully discharged and discharged is calculated. And a CPU that estimates the remaining life of the secondary battery to be measured as the number of charge / discharge cycles from the life estimation data map stored in the second memory using the voltage difference dV. Secondary battery life estimation device.
前記測定対象の二次電池が満充電になった後、当該二次電池の端子電圧が安定する時間として予め設定された時間が経過したときであって、かつ放電する前に前記電圧測定部によって前記端子電圧Vを測定させること
を特徴とする請求項1記載の二次電池の寿命推定装置。 The CPU
After the secondary battery to be measured is fully charged, when the time set in advance as the time for the terminal voltage of the secondary battery to stabilize has elapsed and before discharging, the voltage measuring unit The apparatus for estimating the lifetime of a secondary battery according to claim 1, wherein the terminal voltage V is measured.
前記寿命推定データマップは、
前記電圧差dVと前記測定対象の二次電池の温度とを、当該測定対象の二次電池における残寿命と対応付けるルックアップテーブルであり、
前記CPUは、
前記第2メモリに記憶された推定データマップにおいて、前記算出された電圧差dV、及び前記温度測定部によって測定された温度と対応付けられた前記残寿命を取得することにより、当該測定対象の二次電池の残寿命を推定すること
を特徴とする請求項1又は2記載の二次電池の寿命推定装置。 A temperature measuring unit for measuring the temperature of the secondary battery to be measured;
The life estimation data map is
A lookup table that associates the voltage difference dV and the temperature of the secondary battery to be measured with the remaining life of the secondary battery to be measured;
The CPU
In the estimated data map stored in the second memory, the calculated voltage difference dV and the remaining lifetime associated with the temperature measured by the temperature measuring unit are acquired, so that two of the measurement targets are obtained. The remaining battery life estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the remaining battery life estimation is performed.
前記電圧差dVが大きいほど短い残寿命を示すルックアップテーブルであること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池の寿命推定装置。 The life estimation data map is
The lifetime estimation device for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage difference dV is a look-up table indicating a shorter remaining lifetime as the voltage difference dV is larger.
前記電圧差dVが大きいほど短く、かつ前記測定対象の二次電池の温度と所定の基準温度との差が大きくなるほど長い残寿命を示すルックアップテーブルであること
を特徴とする請求項3記載の二次電池の寿命推定装置。 The life estimation data map is
The look-up table showing a longer remaining life as the voltage difference dV is larger and shorter as the difference between the temperature of the secondary battery to be measured and a predetermined reference temperature is larger. Secondary battery life estimation device.
を特徴とする請求項5記載の二次電池の寿命推定装置。 The secondary battery life estimation apparatus according to claim 5, wherein the secondary battery is a nickel-hydrogen secondary battery.
前記CPUは、前記電圧差dVを算出し、前記第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから前記電圧差dVに対応付けられた残寿命係数を取得し、取得された前記残寿命係数と前記劣化していない二次電池の新品寿命とを乗算することにより前記測定対象の二次電池の残寿命を推定し、The CPU calculates the voltage difference dV, acquires a remaining life coefficient associated with the voltage difference dV from a life estimation data map stored in the second memory, and the acquired remaining life coefficient The remaining life of the secondary battery to be measured is estimated by multiplying by the new life of the non-degraded secondary battery,
前記新品寿命は、前記劣化していない二次電池を、予め設定された温度環境において、予め設定された充放電条件で使用した場合に、容量またはインピーダンスが予め設定された基準を満たさなくなる充放電サイクル数であることThe new life is a charge / discharge in which the capacity or impedance does not satisfy a preset criterion when the non-degraded secondary battery is used in a preset temperature environment under preset charge / discharge conditions. Cycle count
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の二次電池の寿命推定装置。The lifetime estimation apparatus of the secondary battery of any one of Claims 1-6 characterized by these.
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の二次電池の寿命推定装置。 The secondary battery life estimation apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the secondary battery is a battery block including a plurality of unit cells.
前記電圧測定部は、
前記複数の二次電池の端子電圧をそれぞれ測定し、
前記CPUは、
前記複数の二次電池の残寿命をそれぞれ推定し、当該推定された各残寿命のうち最短のものを前記二次電池モジュールの寿命として推定すること
を特徴とする請求項8記載の二次電池の寿命推定装置。 A plurality of secondary batteries are combined to form a secondary battery module,
The voltage measuring unit is
Measuring the terminal voltage of each of the plurality of secondary batteries,
The CPU
9. The secondary battery according to claim 8 , wherein the remaining lifetimes of the plurality of secondary batteries are estimated, and the shortest of the estimated remaining lifetimes is estimated as the lifetime of the secondary battery module. Life estimation device.
を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の二次電池の寿命推定装置。 A charging current having a first current value set in advance is supplied to the secondary battery for charging, and when the terminal voltage of the secondary battery measured by the voltage measuring unit reaches a fully charged voltage, the secondary battery When charging is performed by reducing a charging current to a second current value smaller than the first current value, and the terminal voltage of the secondary battery measured by the voltage measuring unit becomes a full charge voltage again, the secondary current is further reduced. It further comprises a charge / discharge control device for fully charging the secondary battery by reducing the charging current of the battery to a third current value smaller than the second current value and charging it for a preset charging setting time. it lifetime estimating apparatus for a secondary battery according to any one of claims 1 to 9, characterized.
第1メモリが、劣化していない二次電池が満充電になった後放電する前における、当該劣化していない二次電池の端子電圧V0を予め記憶するステップと、
第2メモリが、前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前における当該測定対象の二次電池の端子電圧Vと前記端子電圧V0との電圧差dVと、当該測定対象の二次電池における残寿命とを対応付けたルックアップテーブルである寿命推定データマップを予め記憶するステップと、
CPUが、前記測定対象の二次電池が満充電になった後放電する前において前記電圧測定部によって測定された端子電圧Vと前記第1メモリに記憶されている端子電圧V0との電圧差dVを算出し、この電圧差dVを用いて前記第2メモリに記憶されている寿命推定データマップから前記測定対象の二次電池の残寿命を充放電サイクル数として推定するステップと
を含むことを特徴とする二次電池の寿命推定方法。 A voltage measuring unit measuring a terminal voltage of the secondary battery to be measured;
A step of storing in advance the terminal voltage V0 of the non-degraded secondary battery before the first memory is discharged after the non-degraded secondary battery is fully charged;
The second memory has a voltage difference dV between the terminal voltage V0 of the measurement target secondary battery and the terminal voltage V0 before the measurement target secondary battery is fully charged and discharged, and the measurement target Storing in advance a life estimation data map which is a look-up table in which the remaining life in the secondary battery is associated;
A voltage difference dV between the terminal voltage V measured by the voltage measuring unit and the terminal voltage V0 stored in the first memory before the CPU discharges after the secondary battery to be measured is fully charged. And calculating the remaining life of the secondary battery to be measured as the number of charge / discharge cycles from the life estimation data map stored in the second memory using the voltage difference dV. A method for estimating the lifetime of the secondary battery.
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